Lò hơi chương 5

Chia sẻ: Kha Ngoc | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:17

0
523
lượt xem
385
download

Lò hơi chương 5

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tham khảo tài liệu 'lò hơi chương 5', kỹ thuật - công nghệ, cơ khí - chế tạo máy phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Lò hơi chương 5

  1. Ch−¬ng 5. Trao ®æi nhiÖt trong lß h¬i Trao ®æi nhiÖt trong thiÕt bÞ lß h¬i bao gåm hai d¹ng lµ bøc x¹ vµ ®èi l−u. Trong ph¹m vi buång löa trao ®æi nhiÖt bøc x¹ lµ chñ yÕu v× ë ®©y cã bøc x¹ trùc tiÕp tõ ngän löa cã nhiÖt ®é cao ®Õn c¸c bÒ mÆt truyÒn nhiÖt bè trÝ trong buång löa, cßn thµnh phÇn ®èi l−u ë ®©y kh«ng ®¸ng kÓ do tèc ®é cña dßng khãi nhá vµ do c¸c èng sinh h¬i bÞ tro b¸m bÈn nªn cã trë lùc nhiÖt lín. Trong ®−êng khãi cña lß h¬i cã c¶ trao ®æi nhiÖt ®èi l−u vµ trao ®æi nhiÖt bøc x¹. Trong ®−êng khãi cã bøc x¹ nhiÖt lµ do cã c¸c khÝ ba nguyªn tö vµ c¸c h¹t tro, h¹t than bay theo khãi, nh−ng trao ®æi nhiÖt ®èi l−u lµ chñ yÕu. ChÝnh v× vËy c¸c bÒ mÆt truyÒn nhiÖt ®Æt trong ®−êng khãi ®−îc gäi lµ bÒ mÆt truyÒn nhiÖt ®èi l−u. 5.1 Kh¶ n¨ng bøc x¹ cña ngän löa Dùa theo c−êng ®é bøc x¹ trong vïng phæ thÊy ®−îc ng−êi ta ph©n chia c¸c d¹ng ngän löa s¸ng, nöa s¸ng, kh«ng s¸ng. Sù bøc x¹ cña ngän löa s¸ng vµ nöa s¸ng lµ do c¸c h¹t ë thÕ r¾n trong s¶n phÈm ch¸y, ®ã lµ c¸c h¹t cèc, h¹t tro, h¹t må hang. Sù bøc x¹ cña ngän löa kh«ng s¸ng lµ do cã c¸c khÝ ba nguyªn tö nh− SO2, CO2, H2O trong buång löa. C−êng ®é bøc x¹ cña c¸c h¹t r¾n trong ngän löa phô thuéc vµo kÝch th−íc c¸c h¹t, tÝnh chÊt vµ nång ®é cña chóng trong thÓ tÝch cña buång löa. Sù bøc x¹ cña c¸c chÊt khÝ ba nguyªn tö trong buång löa ®−îc x¸c ®inh bëi nång ®é c¸c chÊt khÝ nµy vµ bëi chiÒu dµy cña thÓ tÝch bøc x¹. HÖ sè bøc x¹ nhiÖt cña m«i tr−êng khÝ ®−îc biÓu thÞ qua ®Þnh luËt Bu-ghe (Bouguer) −k p s ag = 1 − e g p , (5-1) trong ®ã: kg lµ hÖ sè lµm yÕu tia bøc x¹ bëi mét m«i tr−êng khÝ; pp lµ tæng ph©n ¸p suÊt cña c¸c khÝ ba nguyªn tö, MPa; s lµ chiÒu dµy hiÖu qu¶ cña líp bøc x¹, m. HÖ sè bøc x¹ cña ngän löa (hay ®é ®en cña ngän löa) khi ®èt nhiªn liÖu r¾n ®−îc x¸c ®Þnh theo biÓu thøc sau al = 1 − e− kl ps , (5-2) trong ®ã: kl lµ hÖ sè lµm yÕu bøc x¹ bëi m«i tr−êng buång löa; p lµ ¸p suÊt cña c¸c chÊt khÝ trong buång löa, MPa. ChiÒu dµy hiÖu qu¶ cña líp bøc x¹ trong buång löa s ®−îc tÝnh theo c«ng thøc: V s = 3, 6 bl , m (5-3) Fv trong ®ã: Vbl lµ thÓ tÝch buång löa, m3; Ver. 1.0 66
  2. Fv lµ diÖn tÝch c¸c t−êng buång löa m2. Khi ®èt bét than trong buång löa phun, ngän löa s¸ng cho¸n hÇu nh− toµn bé thÓ tÝch buång löa (xem h×nh vÏ 5.1) vµ ®é chiÕu s¸ng cña ngän löa kh¸ ®ång ®Òu theo chiÒu cao cña buång löa. HÖ H×nh 5.1. Sù thay ®æi ®é ®en ngän sè lµm yÕu bøc x¹ bëi m«i löa theo chiÒu cao buång löa. 1-khi ®èt bét than; 2-khi ®èt mazut tr−êng buång löa ®−îc tÝnh (FO) theo c«ng thø: k l = k g rn + k tr µ tr + k c χ k l = k g rn + k tr µ tr + k c χ , (5-4) trong ®ã: ( ) rn = rRO2 + rH2 O lµ tæng c¸c phÇn thÓ tÝch cña c¸c khÝ ba nguyªn tö; ktr lµ hÖ sè lµm yÕu bøc x¹ bëi c¸c h¹t tro; µtr lµ nång ®é tro trong khãi; kc lµ hÖ sè lµm yÕu bøc x¹ bëi c¸c h¹t cèc; χ lµ hÖ sè kÓ ®Õn kh¶ n¨ng ph¶n øng cña nhiªn liÖu (kÐm ph¶n øng hay cã kh¶ n¨ng ph¶n øng cao). Ngän löa sinh ra khi ®èt nhiªn liÖu r¾n nãi chung thuéc kiÓu ngän löa nöa s¸ng. Ngän löa khi ®èt khÝ vµ ®èt FO quy −íc gåm hai phÇn lµ phÇn s¸ng vµ phÇn kh«ng s¸ng, do vËy hÖ sè bøc x¹ nhiÖt cña ngän löa (®é ®en cña ngän löa) ®−îc x¸c ®Þnh nh− sau: a l = ma s + (1 − m ) a ks , (5-5) trong ®ã: as lµ hÖ sè bøc x¹ nhiÖt cña phÇn ngän löa s¸ng ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc (5-2), cßn kl ®−îc thay b»ng ks: k s = k m + k g rn , víi km lµ hÖ sè lµm yÕu tia bøc x¹ bëi c¸c h¹t må hãng; aks lµ hÖ sè bøc x¹ nhiÖt cña phÇn ngän löa kh«ng s¸ng, tøc lµ cña m«i tr−êng khÝ ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc (5-1); m lµ hÖ sè x¸c ®Þnh phÇn thÓ tÝch buång löa bÞ t©m ngän löa cho¸n ®Çy. Khi ®èt khÝ thiªn nhiªn: m = 0,1 . Khi ®èt FO: m = 0,55 . Khi ®èt nhiªn liÖu r¾n: m = 1. HÖ sè bøc x¹ nhiÖt cña buång löa (hay ®é ®en cña buång löa) abl ®−îc x¸c ®Þnh qua hÖ sè bøc x¹ nhiÖt cña ngän löa al vµ hÖ sè hiÖu qu¶ nhiÖt cña dµn èng trªn t−êng, cô thÓ lµ: Ver. 1.0 67
  3. 1 a bl = . (5-6) ⎛1 ⎞ 1 + ⎜ − 1⎟ ψ d ⎝ al ⎠ Dßng nhiÖt bøc x¹ trung b×nh ®−îc c¸c dµn èng sinh h¬i hÊp thu lµ 4 ⎛ T ⎞ q bx = c0 a bl ψ d ⎜ l ⎟ 10−3 , kW/m2 (5-7) ⎝ 100 ⎠ trong ®ã: Tl lµ nhiÖt ®é hiÖu qu¶ trung b×nh cña m«i tr−êng khÝ trong buång löa, K; ψ d lµ hÖ sè hiÖu qu¶ nhiÖt cña dµn èng ®−îc x¸c ®Þnh nh− sau: ψ d = xξ , (5-8) víi x lµ hÖ sè gãc vµ ξ lµ hÖ sè b¸m bÈn quy −íc. 5.2 TÝnh trao ®æi nhiÖt bøc x¹ trong buång löa Sù truyÒn nhiÖt tõ ngän löa ®Õn c¸c dµn èng sinh h¬i ®Æt trªn t−êng buång löa lµ mét qu¸ tr×nh rÊt phøc t¹p, ë ®©y qu¸ tr×nh trao ®æi nhiÖt x¶y ra ®ång thêi víi qu¸ tr×nh ch¸y nhiªn liÖu. chÝnh sù ch¸y nhiªn liÖu ®· t¹o ra nguån nhiÖt bªn trong m«i tr−êng bøc x¹. Ph−¬ng ph¸p tÝnh trao ®æi nhiÖt trong buång löa dùa trªn viÖc sö dông ®ång thêi c¸c kÕt qu¶ nghiªn cøu gi¶i tÝch vµ thùc nghiÖm. Ph−¬ng ph¸p nµy xuÊt ph¸t tõ kh¶ n¨ng øng dông lý thuyÕt ®ång d¹ng ®Ó ph©n tÝch c¸c qu¸ tr×nh x¶y ra trong buång löa. C«ng thøc b¸n thùc nghiÖm cña A. M. Gurvich ®−îc viÕt d−íi d¹ng kh«ng thø nguyªn sau ®©y ®−îc dïng lµm c¬ së ®Ó tÝnh trao ®æi nhiÖt trong buång löa: Bo0,6 θ " = 0,6 , (5-9) Bo + Ma 0,6 bl bl C«ng thøc nµy thÓ hiÖn sù liªn hÖ gi÷a nhiÖt ®é kh«ng thø nguyªn cña khãi ë cöa ra buång löa θ '' bl vµ tiªu chuÈn Boltzmann (Bo), tiªu chuÈn nµy ®Æc tr−ng cho tû lÖ gi÷a l−îng nhiÖt sinh ra khi ch¸y nhiªn liÖu so víi c−êng ®é táa nhiÖt tèi ®a ®Õn c¸c bÒ mÆt dµn èng ®Æt trªn t−êng. §Æc tÝnh cña tr−êng nhiÖt ®é trong thÓ tÝch buång löa còng ®−îc kÓ ®Õn qua hÖ sè M . NhiÖt ®é kh«ng thø nguyªn cña khãi θ ' ' bl lµ tû sè gi÷a nhiÖt ®é khãi ë cöa ra buång löa T '' bl (K) vµ nhiÖt ®é ®o¹n nhiÖt (nhiÖt ®é ch¸y lý thuyÕt) Ta (K): T'' θ'' bl = bl , (5-10) Ta Chóng ta lu«n lu«n cã θ '' bl < 1 vµ nã ®Æc tr−ng cho møc ®é gi¶m nhiÖt ®é cña khãi trong thÓ tÝch buång löa do cã trao ®æi nhiÖt. Sè Bo ®−îc x¸c ®Þnh theo c¸c c«ng thøc sau: Ver. 1.0 68
  4. ϕBtt Vg cg Bo = , (5-11) c 0 ψ d Fv Ta 3 Btt Q bx 1 vµ Bo = . (5-12) c 0 ψ d Fv Ta 1 − θ''bl 4 §Æc tÝnh nhiÖt chñ yÕu cña buång löa lµ l−îng nhiÖt sinh ra h÷u Ých trong buång löa Qbl vµ entanpi cña khãi ë chç ra khái buång löa (ë cöa ra buång löa) I ''bl . NhiÖt l−îng sinh ra h÷u Ých trong buång löa Qbl ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau: lv 100 − q 3 − q 4 − q 6 Q bl = Q tr + Q kk − Q kkng + Q tth , (5-13) 100 − q 4 trong ®ã: lv Qtr lµ nhiÖt l−îng tµng tr÷ trong nhiªn liÖu dïng ®Ó ®èt; Qkk lµ nhiÖt l−îng do kh«ng khÝ nãng vµ kh«ng khÝ l¹nh mang vµo buång löa; Qkkng lµ nhiÖt l−îng kh«ng khÝ thu ®−îc do nã ®−îc sÊy s¬ bé ë phÝa tr−íc bé sÊy kh«ng khÝ chÝnh cña lß h¬i; Qtth lµ nhiÖt l−îng do khãi t¸i tuÇn hoµn tõ “®u«i lß” vÒ buång löa. NhiÖt l−îng do kh«ng khÝ mang vµo buång löa Qkk bao gåm nhiÖt l−îng trong kh«ng khÝ nãng vµ nhiÖt l−îng do kh«ng khÝ l¹nh lät vµo buång löa, tøc lµ: Qkk = Qkkn + Qkkl (5-14) ( ) 0 ( ) = α bl − ∆α bl − ∆α ng Vkk (Ct )kkl + ∆α bl + ∆α ng Vkk (Ct )kkl 0 ,(5-14) trong ®ã: ∆α bl lµ hÖ sè lät kh«ng khÝ l¹nh vµo buång löa; ∆α ng lµ hÖ sè lät kh«ng khÝ l¹nh vµo hÖ thèng nghiÒn than. Entanpi cña khãi ë cöa ra buång löa I ''bl ®−îc x¸c ®Þnh theo b¶ng I − θ øng víi gi¸ trÞ nhiÖt ®é khãi ë cöa ra buång löa θ ''bl ®· chän tr−íc ®©y. NÕu nh− toµn bé nhiÖt l−îng sinh ra h÷u Ých trong buång löa Qbl ®−îc truyÒn hoµn toµn cho s¶n phÈm ch¸y th× ta cã nhiÖt ®é ch¸y lý thuyÕt (cùc ®¹i) vµ th−êng gäi lµ nhiÖt ®é ch¸y ®o¹n nhiÖt cña nhiªn liÖu: Q bl θa = , (5-15) ( Vc )tb trong ®ã (Vc )tb lµ tæng nhiÖt dung riªng trung b×nh cña s¶n phÈm ch¸y 1 kg nhiªn liÖu trong kho¶ng nhiÖt ®é 0 ÷ θ a (kJ/kgK). NhiÖt ®é ch¸y ®o¹n nhiÖt phô thuéc vµo d¹ng nhiªn liÖu vµ vµo hÖ sè kh«ng khÝ thõa vµ cã gi¸ trÞ nh− sau: θ a = 1700 ÷ 1850 oC ®èi víi than n©u vµ than bïn; θ a = 1850 ÷ 2100 oC ®èi víi than ®¸, antraxit, FO vµ khÝ thiªn nhiªn. Ver. 1.0 69
  5. ViÖc tÝnh to¸n trao ®æi nhiÖt trong buång löa dùa trªn hai ph−¬ng tr×nh chñ yÕu sau: - Ph−¬ng tr×nh c©n b»ng nhiÖt: Q bx = ϕ ( Q bl − I''bl ) = ϕ ( Vc )g ( θa − θ'' bl ) , (5-16) - Ph−¬ng tr×nh trao ®æi nhiÖt bøc x¹: ( ) Btt Q bx = c 0 a bl xFv Tl 4 − Ttr 4 10−11 , (5-17) ë ®©y ϕ lµ hÖ sè gi÷ nhiÖt; (Vc )g lµ nhiÖt dung trung b×nh cña c¸c chÊt khÝ trong kho¶ng nhiÖt ®é θa ÷ θ '' bl (kJ/kgoK). Ph−¬ng tr×nh (5-17) cã thÓ ®−îc viÕt d−íi d¹ng kh¸c: ⎛ T4⎞ Btt Q bx = c 0 a bl xFv Tl 4 ⎜ 1 − tr4 ⎟ .10−11 . (5-18) ⎝ Tl ⎠ Ttr 4 Khi thay ξ = 1 − 4 vµ ψ d = xξ ta ®−îc: Tl Btt Q bx = c 0 a bl ψ d Fv Tl 410−11 . (5-19) Tõ (5-19) ta t×m ®−îc diÖn tÝch cña t−êng buång löa: Btt Q bx Fv = 1011 , m2 (5-20) c 0 a bl ψ d Tl 4 HÖ sè M kÓ ®Õn ®Æc tÝnh cña tr−êng nhiÖt ®é trong buång löa cÇn ®−îc ®−a vµo c«ng thøc (5-20), hÖ sè nµy ®−îc x¸c ®Þnh tïy thuéc vµo vÞ trÝ t−¬ng ®èi cña ®iÓm cã nhiÖt ®é cùc ®¹i trong buång löa X: M = A- B.x, (5-21) trong ®ã A vµ B lµ c¸c hÖ sè thùc nghiÖm, c¸c hÖ sè nµy cã gi¸ trÞ kh¸c nhau khi ®èt c¸c d¹ng nhiªn liÖu kh¸c nhau. §èi víi buång löa mét buång: - §èt FO vµ nhiªn liÖu khÝ: M = 0,54 − 0, 2X ; - §èt nhiªn liÖu r¾n cã kh¶ n¨ng ph¶n øng cao trong buång löa phun vµ trong buång löa ghi: M = 0,59 – 0,5M; - §èt nhiªn liÖu r¾n kÐm ph¶n øng (antraxit vµ than gÇy) trong buång löa phun vµ c¸c lo¹i than cã ®é tro cao: M = 0,59 – 0,5M; §èi víi buång löa phun gi¸ trÞ tèi ®a cña M lÊy kh«ng lín h¬n 0,5 kh«ng phô thuéc vµo X . VÞ trÝ t−¬ng ®èi cña ®iÓm cã nhiÖt ®é cùc ®¹i trong buång löa X ®−îc x¸c ®Þnh b»ng tû sè gi÷a kho¶ng c¸ch tõ ®¸y buång löa hay tõ gi÷a phÔu tro l¹nh ®Õn mÆt ph¼ng cã nhiÖt ®é cùc ®¹i cña khãi (th−êng ë ®é cao cña trôc vßi phun) hvf vµ kho¶ng c¸ch ®Õn gi÷a cöa ra buång löa Hbl (xem h×nh vÏ 5.2): h X = vf , (5-22) H bl Ver. 1.0 70
  6. H×nh 5.2. VÞ trÝ t−¬ng ®èi cña®iÓm cã nhiÖt ®é cùc ®¹i trong buång löa Khi tÝnh nhiÖt thiÕt kÕ buång löa, c«ng thøc ®Ó x¸c ®Þnh diÖn tÝch bÒ mÆt t−êng buång löa cã d¹ng sau: 2 Btt Q bx 1 ⎛T ⎞ Fv = 1011 3 2 ⎜ a − 1⎟ , m2 (5-23) 5, 67.a bl ψ d M Tbl Ta " 3 " M ⎝ Tbl ⎠ Khi tÝnh nhiÖt kiÓm tra buång löa ph¶i x¸c ®Þnh nhiÖt ®é khãi ë cöa ra buång löa theo c«ng thøc sau: Ta θ" = bl 0,6 − 273 , oC (5-24) ⎛ a bl ⎞ 1+ M ⎜ ⎟ ⎝ Bo ⎠ hay cô thÓ h¬n lµ c«ng thøc: Ta θ" = bl 0,6 − 273 , oC (5-25) ⎛ 5, 67ψ dtb Fv a bl Ta 3 −11 ⎞ M⎜ 10 ⎟ + 1 ⎜ ϕBtt ( Vc ) ⎟ ⎝ tb ⎠ trong ®ã: ψ dtb lµ hÖ sè hiÖu qu¶ nhiÖt trung b×nh cña dµn èng ®Æt trªn t−êng; (Vc )tb lµ tæng nhiÖt dung trung b×nh cña s¶n phÈm ch¸y. 5.3. TÝnh to¸n trao ®æi nhiÖt trong ®−êng khãi phÝa sau buång löa 5.3.1. Trao ®æi nhiÖt bøc x¹ trong ®−êng khãi cña lß h¬i L−îng nhiÖt hÊp thu b»ng bøc x¹ cña mét ®¬n vÞ bÒ mÆt truyÒn nhiÖt ®èi l−u ë phÇn ®u«i lß ®−îc x¸c ®Þnh bëi ph−¬ng tr×nh sau a +1 4 q bx = σ 0 a tr 2 ( ) T − Ttr 4 , W/m2 (5-26) ë ®©y: a lµ ®é ®en cña khãi cã kÓ ®Õn c¸c h¹t tro chøa trong khãi; atr lµ ®é ®en cña bÒ mÆt hÊp thu nhiÖt b»ng bøc x¹ (®Ó tÝnh táa nhiÖt bøc x¹ cho bÒ mÆt truyÒn nhiÖt ®èi l−u ta lÊy atr = 0, 08 ), T lµ nhiÖt ®é tÝnh to¸n cña dßng khãi th−êng tÝnh b»ng trung b×nh céng cña nhiÖt ®é khãi vµo vµ ra khái bÒ mÆt truyÒn nhiÖt tÝnh to¸n (K), Ttr lµ nhiÖt ®é v¸ch ngoµi cña bÒ mÆt hÊp thu nhiÖt b»ng bøc x¹ cã kÓ ®Õn b¸m bÈn (K). Ver. 1.0 71
  7. Ph−¬ng tr×nh (5-26) cã thÓ viÕt d−íi d¹ng kh¸c nh− sau: a tr + 1 3 1 − ( Ttr T ) 4 q bx = σ0 a T ( θ − t tr ) , W/m (5-27) 2 1 − Ttr T hay q bx = α bx ( θ − t tr ) , W/m2 (5-28) trong ®ã θ lµ nhiÖt ®é cña khãi ( C). Do ®ã hÖ sè táa nhiÖt bøc x¹ cña s¶n phÈm ch¸y o α bx ®−îc tÝnh theo c«ng thøc: 3 ⎛T ⎞ 1 − ⎜ tr ⎟ a +1 3 ⎝ T ⎠ ( ) α bx = 5, 67.10−11 a tr 2 T Ttr , W/m2K (5-29) 1− T NhiÖt ®é v¸ch èng cã b¸m tro bôi ttr hÊp thu nhiÖt b»ng bøc x¹ lÊy b»ng nhiÖt ®é trung b×nh cña líp bÈn b¸m bªn ngoµi ttr vµ tÝnh theo ph−¬ng tr×nh: ⎛ 1 ⎞ o t tr = t + ⎜ ε + ⎟q , C (5-30) ⎝ α2 ⎠ trong ®ã: t lµ nhiÖt ®é trung b×nh cña m«i tr−êng l−u ®éng bªn trong èng, b»ng trung b×nh céng cña nhiÖt ®é ®Çu vµ nhiÖt ®é cuèi ( t = (t' + t'') / 2 ), oC; ε lµ hÖ sè b¸m bÈn bÒ mÆt truyÒn nhiÖt ®èi l−u (trë lùc nhiÖt cña líp bÈn b¸m trªn bÒ mÆt ngoµi cña èng hoÆc cña líp chÊt chÞu löa vµ líp xØ trªn dµn èng cã gai, m2K/W; α 2 lµ hÖ sè táa nhiÖt tõ v¸ch èng ®Õn m«i chÊt l−u ®éng trong èng, W/m2K; q lµ suÊt nhiÖt l−îng hÊp thu cña bÒ mÆt truyÒn nhiÖt ®−îc tÝnh to¸n, kW/m2. §é ®en cña m«i tr−êng khãi trong tr−êng hîp tæng qu¸t ®−îc biÓu diÔn b»ng ph−¬ng tr×nh sau: a = 1 − e− kps . (5-31) TÝch sè kps gäi lµ tæng lùc hÊp thu cña s¶n phÈm ch¸y, kps cµng lín th× ®é ®en cña m«i tr−êng khãi cµng lín. Tæng lùc hÊp thu ®èi víi dßng khãi cã chøa c¸c h¹t tro ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: kps = ( k g rn + k tr µ tr ) ps , (5-32) trong ®ã: ktr lµ hÖ sè lµm yÕu bøc x¹ trong thÓ tÝch cã c¸c h¹t tro bôi; µtr lµ nång ®é tro trong s¶n phÈm ch¸y, g/m3. HÖ sè lµm yÕu bøc x¹ bëi c¸c h¹t tro r¾n ®−îc tÝnh theo c«ng thøc: 1 k tr = 7 , (5-33) d nT2 víi d n lµ ®−êng kÝnh h¹t tro ( µ m ). Ver. 1.0 72
  8. ChiÒu dµy cña líp bøc x¹ gi÷a c¸c èng trong chïm èng ®èi l−u s phô thuéc vµo b−íc èng ngang t−¬ng ®èi ( s1 / d ) vµ b−íc èng däc t−¬ng ®èi ( s2 / d ) , th−êng s = 0,1 ÷ 0, 2 m. 5.3.2 Trao ®æi nhiÖt ®èi l−u BÒ mÆt truyÒn nhiÖt ®èi l−u th−êng cã d¹ng chïm èng. Trong lß h¬i m«i chÊt (h¬i, n−íc, hçn hîp h¬i n−íc) chuyÓn ®éng bªn trong èng vµ khãi chuyÓn ®éng bªn ngoµi èng. Khãi cã thÓ bäc ngang hay bäc däc chïm èng. ë bÒ mÆt truyÒn nhiÖt ®èi l−u th−êng dßng khãi bäc ngang èng. èng ®−îc bè trÝ so le hay song song. ë bé sÊy kh«ng khÝ kiÓu èng th× khãi ®i trong èng vµ kh«ng khÝ ®i ngang bªn ngoµi èng. Khi thiÕt kÕ cÊu t¹o c¸c bÒ mÆt truyÒn nhiÖt ®èi l−u cña lß h¬i ph¶i x¸c ®Þnh kÝch th−íc cña bÒ mÆt Êy vµ chän h×nh d¹ng tèi −u cña chïm èng. Khi ®ã ph¶i kÓ ®Õn c¸c ®iÒu kiÖn x¸c ®Þnh ®é tin cËy, ®é kinh tÕ vµ gi¸ thµnh cña toµn thiÕt bÞ. C¸c kÝch th−íc h×nh häc cña c¸c bÒ mÆt truyÒn nhiÖt ®èi l−u ®−îc chän tõ nh÷ng ®iÒu kiÖn trao ®æi nhiÖt, b¸m tro, mµi mßn èng vµ tiªu thô ®iÖn n¨ng ®Ó kh¾c phôc trë lùc chuyÓn ®éng cña khãi. 5.3.2.1. C¸c ph−¬ng tr×nh c¬ b¶n §Ó tÝnh to¸n bÒ mÆt truyÒn nhiÖt ®èi l−u ta dïng hai ph−¬ng tr×nh c¬ b¶n lµ ph−¬ng tr×nh truyÒn nhiÖt vµ ph−¬ng tr×nh c©n b»ng nhiÖt. Ph−¬ng tr×nh truyÒn nhiÖt (trao ®æi nhiÖt) cho phÐp x¸c ®Þnh l−îng nhiÖt hÊp thu cña bÒ mÆt truyÒn nhiÖt kH∆t Q= , kJ/kg (5-34) Btt trong ®ã: Q lµ nhiÖt l−îng do bÒ mÆt truyÒn nhiÖt tÝnh to¸n hÊp thu b»ng ®èi l−u vµ bøc x¹, kJ/kg; k lµ hÖ sè truyÒn nhiÖt, W/m2K; H lµ bÒ mÆt truyÒn nhiÖt tÝnh to¸n, m2; ∆t lµ ®é chªnh lÖch nhiÖt ®é gi÷a m«i tr−êng nãng vµ m«i chÊt ®−îc ®èt nãng, K; Btt lµ l−îng nhiªn liÖu tiªu hao tÝnh to¸n, kg/s. Trong c¸c chïm èng ®èi l−u H (m2) ®−îc lÊy b»ng toµn bé bÒ mÆt ngoµi cña èng (vÒ phÝa khãi). BÒ mÆt truyÒn nhiÖt cña bé sÊy kh«ng khÝ kiÓu èng ®−îc tÝnh theo ®−êng kÝnh trung b×nh cña èng. Ph−¬ng tr×nh c©n b»ng nhiÖt dïng ®Ó tÝnh nhiÖt l−îng do khãi truyÒn ®i b»ng nhiÖt l−îng do h¬i, n−íc hay kh«ng khÝ hÊp thu: Q = ϕ ( I'g − I''g + ∆αI 0 ) , kJ/kg kklät (5-35) ë ®©y: I 'g vµ I ''g lµ entanpi cña khãi vµo vµ ra khái bÒ mÆt truyÒn nhiÖt tÝnh to¸n, kJ/kg; ∆α I kklät lµ nhiÖt l−îng do kh«ng khÝ l¹nh lät mang vµo. 0 NhiÖt l−îng do m«i chÊt (h¬i, n−íc, kh«ng khÝ) hÊp thu ®−îc tÝnh theo c¸c c«ng thøc sau: - §èi víi bé qu¸ nhiÖt ®èi l−u vµ bé qu¸ nhiÖt kiÓu b¨ng èng: Ver. 1.0 73
  9. Q= D Btt ( i'' − i' + ∆ig.« ) − Qbx , kJ/kg qx (5-36) - §èi víi bé h©m n−íc vµ vïng qu¸ ®é cña lß h¬i trùc l−u: D Q= ( i'' − i' ) , kJ/kg (5-37) Btt trong ®ã: D lµ l−u l−îng h¬i n−íc ®i qua bÒ mÆt truyÒn nhiÖt tÝnh to¸n, kg/s; i'' vµ i' lÇn l−ît lµ entanpi cña h¬i (n−íc) ë chç ra vµ chç vµo bÒ mÆt tÝnh to¸n, kJ/kg; ∆ig.« lµ l−îng nhiÖt do 1 kg h¬i truyÒn cho n−íc lµm l¹nh (ë bé gi¶m «n kiÓu bÒ mÆt), kJ/kg. - §èi víi bé sÊy kh«ng khÝ: ⎛ Q = ⎜ β" + ⎝ skk ( ∆α skk ⎞ 0'' 2 ⎠ ) 0' ⎟ Iskk − Iskk , (5-38) trong ®ã: β ''skk lµ tû lÖ gi÷a l−îng kh«ng khÝ ë sau bé sÊy kh«ng khÝ vµ l−îng kh«ng khÝ lý thuyÕt cÇn thiÕt ( β ''skk = α bl − ∆α bl − ∆α ng ) ; ∆α skk lµ hÖ sè lät kh«ng khÝ vµo bé sÊy kh«ng khÝ, ®−îc lÊy b»ng l−îng rß tõ phÝa kh«ng khÝ. §Ó x¸c ®Þnh kÝch th−íc cña bÒ mÆt truyÒn nhiÖt hoÆc l−îng nhiÖt ®−îc truyÒn ®i ta ph¶i biÕt hÖ sè truyÒn nhiÖt vµ ®é chªnh lÖch nhiÖt ®é trung b×nh. 5.3.2.2. HÖ sè truyÒn nhiÖt Trong c¸c chïm èng ®èi l−u sù truyÒn nhiÖt tiÕn hµnh qu¸ v¸ch trô nhiÒu líp tøc lµ qua èng cã b¸m bÈn bªn ngoµi vµ c¸u cÆn b¸m bªn trong. Khi tÝnh nhiÖt th× hÖ sè truyÒn nhiÖt th−êng ®−îc x¸c ®Þnh theo c¸c c«ng thøc cho v¸ch ph¼ng nhiÒu líp. §iÒu nµy kh«ng g©y ra sai sè lín ®èi víi c¸c bÒ mÆt truyÒn nhiÖt lµm b»ng c¸c èng tr¬n ®ång thêi ®¬n gi¶n rÊt nhiÒu cho viÖc tÝnh to¸n. HÖ sè truyÒn nhiÖt ®èi víi v¸ch ph¼ng nhiÒu líp ®−îc biÓu diÔn b»ng c«ng thøc sau: 1 k= , W/m2K (5-39) 1 δtr δ kl δ c 1 + + + + α1 λ tr λ kl λ c α 2 trong ®ã: α1 vµ α 2 lÇn l−ît lµ hÖ sè táa nhiÖt tõ m«i tr−êng nãng ®Õn v¸ch èng vµ tõ v¸ch èng ®Õn m«i tr−êng ®−îc ®èt nãng, W/m2K; δ kl vµ λ kl lÇn l−ît lµ chiÒu dµy vµ hÖ sè dÉn nhiÖt cña kim lo¹i v¸ch èng, W/mK; ε = δtr λ tr lµ trë lùc nhiÖt cña líp bÈn b¸m trªn èng hay cßn gäi lµ hÖ sè b¸m bÈn èng, m2K/W; δ c λ c lµ nhiÖt trë cña líp cÆn c¸u b¸m trªn bÒ mÆt bªn trong èng, m2K/W. Th«ng th−êng nhiÖt trë táa nhiÖt tõ khãi ®Õn v¸ch (1 α1 ) vµ nhiÖt trë ®i qua líp b¸m bÈn ε cã trÞ sè lín nhÊt. Ver. 1.0 74
  10. NhiÒu khi trong tÝnh to¸n coi r»ng kh«ng cã c¸u cÆn b¸m vµ bá qua nhiÖt trë cña v¸ch kim lo¹i. Nh− vËy ®èi víi bé qu¸ nhiÖt hÖ sè truyÒn nhiÖt ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: 1 α1 k= = , W/m2K (5-40) 1 +ε + 1 ⎛ 1 ⎞ 1 + ⎜ ε + ⎟ α1 α1 α2 ⎝ α2 ⎠ C«ng thøc nµy ®−îc dïng ®Ó tÝnh bÒ mÆt truyÒn nhiÖt cña bé qu¸ nhiÖt. ë bé qu¸ nhiÖt th−êng α 2 ≥ 1000 W/m2K vµ α1 < 100 W/m2K, tuy nhiªn khi kh«ng kÓ ®Õn nhiÖt trë 1 α 2 cã thÓ ph¹m sai sè trong viÖc x¸c ®Þnh bÒ mÆt ®èt cña bé qu¸ nhiÖt ®Õn 4%. ë bé h©m n−íc vµ bÒ mÆt sinh h¬i cã α 2 = ( 5 ÷ 20 ) × 103 (W/m2K) nªn nhiÖt trë 1 α 2 cã thÓ bá qua, do ®ã: k = α1 (1 + εα1 ) , W/m2K (5-41) ë bé sÊy kh«ng khÝ α1 ≈ α 2 . V× ®èi víi bé sÊy kh«ng khÝ ta kh«ng cã nh÷ng sè liÖu vÒ nhiÖt trë cña líp b¸m bÈn ε vµ møc ®é bäc kh«ng ®Òu bÒ mÆt bëi dßng khãi vµ dßng kh«ng khÝ nªn ¶nh h−ëng ®ång thêi cña chóng ®−îc kÓ ®Õn b»ng hÖ sè sö dông ξ x¸c ®Þnh qua thùc nghiÖm. Do vËy hÖ sè truyÒn nhiÖt ®èi víi bé sÊy kh«ng khÝ ®−îc tÝnh theo c«ng thøc: 1 αα k=ξ = ξ 1 2 , W/m2K (5-42) 1 + 1 α1 + α 2 α1 α 2 HÖ sè sö dông ξ phô thuéc d¹ng nhiªn liÖu ®èt vµ kiÓu bé sÊy kh«ng khÝ. HÖ sè truyÒn nhiÖt k ë bé sÊy kh«ng khÝ quay (kiÓu hoµn nhiÖt) ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: ξπ k= , W/m2K (5-43) 1 1 + x1α1 x 2α 2 trong ®ã: x1 = Fg / F lµ tû sè gi÷a diÖn tÝch tiÕt diÖn cho khãi ®i vµ diÖn tÝch tiÕt diÖn tæng cña bé sÊy kh«ng khÝ; x 2 = Fkk / F lµ tû sè gi÷a diÖn tÝch tiÕt diÖn cho kh«ng khÝ ®i vµ diÖn tÝch tiÕt diÖn tæng cña b« sÊy kh«ng khÝ; α1 vµ α 2 lµ hÖ sè táa nhiÖt tõ khãi ®Õn v¸ch kim lo¹i vµ tõ v¸ch kim lo¹i cho kh«ng khÝ; π lµ hÖ sè kÓ ®Õn ¶nh h−ëng cña tÝnh kh«ng æn ®Þnh cña sù trao ®æi nhiÖt, ®−îc x¸c ®Þnh phô thuéc vµo tèc ®é quay cña r«to nh− sau: n (vßng/phót) 0,5 1,0 ≥ 1,5 π 0,85 0,97 1,0 Ver. 1.0 75
  11. HÖ sè táa nhiÖt tõ khãi ®Õn v¸ch èng cña chïm èng ®èi l−u α1 ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau: α1 = ξ1 (α ®l + α bx ) , W/m2K (5-44) trong ®ã ξ1 lµ hÖ sè sö dông kÓ ®Õn sù gi¶m l−îng nhiÖt hÊp thu cña bÒ mÆt truyÒn nhiÖt do khãi bao phñ kh«ng ®Òu. §èi víi c¸c èng ®−îc khãi bao phñ ngang ë c¸c lß h¬i hiÖn ®¹i lÊy hÖ sè ξ = 1 . a. HÖ sè táa nhiÖt ®èi l−u α ®l HÖ sè táa nhiÖt ®èi l−u phô thuéc vµo tèc ®é vµ nhiÖt ®é dßng, kÝch th−íc th¼ng x¸c ®Þnh, sù bè trÝ èng trong chïm, d¹ng bÒ mÆt (tr¬n hay cã c¸nh) vµ ®Æc ®iÓm dßng khãi bao phñ bÒ mÆt ®ã (däc, ngang hay chÐo), c¸c tÝnh chÊt cña m«i tr−êng ch¶y qua chïm èng, vµ trong mét sè tr−êng hîp vµo nhiÖt ®é v¸ch èng. * HÖ sè táa nhiÖt ®èi l−u khi dßng khãi bao phñ ngang chïm èng ®Æt song song vµ c¸c b¨ng èng, tÝnh chung cho toµn bé bÒ mÆt truyÒn nhiÖt vµ theo ®−êng kÝnh ngoµi cña èng ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: λ α ®l = 0, 2 Re 0,65 Pr 0,33Cz Cs , W/m2K (5-45) d víi Cz ®−îc hiÖu chØnh vÒ sè d·y èng theo ®−êng khãi ®i, ®−îc x¸c ®Þnh tïy thuéc vµo sè d·y trung b×nh trong tõng chïm nhá cña chïm èng ®−îc kh¶o s¸t nh− sau: ⎧ z2 < 10 → Cz = 0,91 + 0, 0125 ( z2 − 2 ) ⎪ ⎨ , (5-45a) ⎪ z2 ≥ 10 → Cz = 1 ⎩ vµ Cs ®−îc hiÖu chØnh vÒ ®Æc tÝnh h×nh häc cña chïm èng, tïy thuéc vµo b−íc däc vµ ngang t−¬ng ®èi, σ 2 vµ σ 1 : -2 ⎡ ⎛ σ ⎞ ⎤ 3 Cs = ⎢1 + ( 2σ 1 − 3) ⎜1 − 2 ⎟ ⎥ , (5-45b) ⎢ ⎣ ⎝ 2 ⎠ ⎥⎦ trong ®ã σ 1 = s1 d vµ σ 2 = s2 d . Khi 2 ≥ 2, 1 < 1,5 th× Cs =1, (5-45c) Khi 2 < 2, 1 > 3 th× thay 1 = 3 vµo c«ng thøc (5-45b) * HÖ sè táa nhiÖt ®èi l−u khi dßng khãi bao phñ ngang chïm èng ®Æt sole ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: λ α ®l = Re 0,6 Pr 0,33C's C'z , W/m2K (5-46) d trong ®ã: C's lµ hÖ sè ®−îc x¸c ®Þnh tïy thuéc vµo b−íc ngang t−¬ng ®èi σ 1 vµ vµo gi¸ trÞ cña σ −1 ϕσ = 1 , (5-47) σ'2 − 1 Ver. 1.0 76
  12. ë ®©y σ '2 lµ b−íc t−¬ng ®èi trung b×nh theo ph−¬ng ®−êng chÐo gi÷a c¸c èng, vµ C' z lµ hiÖu chØnh sè d·y èng theo ®−êng khãi ®i. Ver. 1.0 77
  13. * §èi víi chïm èng trong ®ã mét phÇn èng bè trÝ sole, mét sè èng bè trÝ song song th×: α H + α ss H ss α ®l = sole sole , W/m2K (5-48) H sole + H ss NÕu phÇn èng bè trÝ sole (song song) > 85% toµn bé bÒ mÆt truyÒn nhiÖt th× chïm èng ®ã ®−îc coi nh− lµ chïm èng sole (song song). * HÖ sè táa nhiÖt khi bao phñ däc bÒ mÆt truyÒn nhiÖt bëi dßng rèi mét pha (khãi, kh«ng khÝ, n−íc, h¬i) ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: λ α ®l = 0, 023 Re 0,8 Pr 0,4 Ct Cd Cl , W/m2K (5-49) d trong ®ã: Ct lµ hÖ sè hiÖu chØnh vÒ nhiÖt ®é phô thuéc vµo nhiÖt ®é cña dßng khãi vµ nhiÖt ®é v¸ch èng; Cd lµ hÖ sè hiÖu chØnh vÒ ®−êng kÝnh èng; Cl lµ hÖ sè hiÖu chØnh vÒ chiÒu dµi t−¬ng ®èi (khi (l / d) ≥ 50 th× Cl = 1 ). * HÖ sè táa nhiÖt ®èi l−u ®èi víi bé sÊy kh«ng khÝ quay (tèc ®é quay cña r«to n = 1,5 ÷ 5 vßng/phót) vÒ phÝa khãi vµ vÒ phÝa kh«ng khÝ ®−îc tÝnh theo c«ng thøc sau: λ ⎛ ω d t® ⎞ 0,8 α ®l = A 0,4 ⎜ ν ⎟ Pr C t Cl , W/m K 2 (5-50) d t® ⎝ ⎠ ë ®©y: A lµ hÖ sè ®−îc x¸c ®Þnh bëi lo¹i vËt liÖu vµ c¸ch bè trÝ bÒ mÆt truyÒn nhiÖt; λ lµ hÖ sè dÉn nhiÖt cña khãi vµ kh«ng khÝ, W/mK; d t® lµ ®−êng kÝnh t−¬ng ®−¬ng, m; ω l tèc ®é tÝnh to¸n cña khãi vµ kh«ng khÝ, m/s. b. HÖ sè táa nhiÖt do bøc x¹ cña s¶n phÈm ch¸y α bx HÖ sè táa nhiÖt do bøc x¹ cña s¶n phÈm ch¸y ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau q bx α bx = , W/m2K (5-51) ( θ − t tr ) 5.3.2.3. §é chªnh nhiÖt ®é trung b×nh §é chªnh nhiÖt ®é trung b×nh cho toµn bÒ mÆt truyÒn nhiÖt lµ hiÖu sè nhiÖt ®é cña m«i tr−êng nãng vµ m«i tr−êng ®−îc ®èt nãng, phô thuéc vµo ph−¬ng chuyÓn ®éng t−¬ng hç gi÷a hai m«i tr−êng. H×nh 5.3. Sù thay ®æi nhiÖt ®é cña c¸c m«i tr−êng däc theo bÒ mÆt truyÒn nhiÖt. a - ChuyÓn ®éng cïng chiÒu; b - ChuyÓn ®éng ng−îc chiÒu. Ver. 1.0 78
  14. Trong tr−êng hîp hai dßng chuyÓn ®éng cïng chiÒu thuÇn tóy vµ ng−îc chiÒu thuÇn tóy th× ®é chªnh nhiÖt ®é trung b×nh ®−îc tÝnh nh− lµ hiÖu trung b×nh logarit c¸c nhiÖt ®é m«i tr−êng nãng vµ m«i tr−êng ®−îc ®èt nãng (xem h×nh vÏ 5.3) ∆t − ∆tb o ∆t = l , C (5-52) ∆tl ln ∆tb trong ®ã: ∆t l lµ hiÖu sè nhiÖt ®é lín cña 2 m«i tr−êng; ∆t b lµ hiÖu sè nhiÖt ®é nhá cña 2 m«i tr−êng (nãng vµ ®−îc ®èt nãng). ∆t l Khi ≤ 1, 7 th× víi ®é chÝnh x¸c cho phÐp cã thÓ tÝnh ∆t nh− sau: ∆t b ∆t + ∆t b ∆t = l = θ − t , oC (5-53) 2 trong ®ã θ vµ t lµ nhiÖt ®é trung b×nh cña hai m«i tr−êng. Khi nhiÖt ®é cña mét trong hai m«i chÊt kh«ng thay ®æi còng cã thÓ tÝnh ∆t theo c¸c c«ng thøc trªn. NÕu ∆t th ≥ 0,92∆t ng th× ®é chªnh lÖch nhiÖt ®é ®èi víi s¬ ®å phøc t¹p bÊt kú nµo còng cã thÓ x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: ∆t + ∆t ng o ∆t = th , C (5-54) 2 trong ®ã ∆tth vµ ∆tng lÇn l−ît lµ ®é chªnh nhiÖt ®é trung b×nh khi hai dßng cïng chiÒu vµ ng−îc chiÒu hoµn toµn. §èi víi s¬ ®å hçn hîp song song vµ hçn hîp nèi tiÕp ta x¸c ®Þnh ∆t nh− sau: ∆t = ψ ∆t ng , oC (5-55) víi ψ lµ hÖ sè tÝnh ®æi tõ s¬ ®å dßng ng−îc chiÒu sang s¬ ®å phøc t¹p h¬n. HÖ sè ψ trong dßng c¾t nhau tïy thuéc sè lÇn c¾t nhau vµ sù thay ®æi nhiÖt ®é cña m«i tr−êng nãng vµ m«i tr−êng ®−îc ®èt nãng. 5.4 TÝnh nhiÖt thiÕt bÞ lß h¬i 5.4.1 Kh¸i niÖm TÝnh nhiÖt cña lß h¬i cã thÓ lµ tÝnh chÕ t¹o hay tÝnh kiÓm tra. Ph−¬ng ph¸p tÝnh lµ chung cho c¶ hai tr−êng hîp. TÝnh nhiÖt chÕ t¹o vµ tÝnh nhiÖt kiÓm tra kh¸c nhau ë môc ®Ých tÝnh vµ c¸c ®¹i l−îng cÇn ph¶i t×m. TÝnh nhiÖt chÕ t¹o nh»m x¸c ®Þnh kÝch th−íc buång löa vµ ®é lín bÒ mÆt truyÒn nhiÖt cña mäi phÇn tö cña lß h¬i ®−îc thiÕt kÕ, ®Ó ®¶m b¶o nhËn ®−îc s¶n l−îng h¬i vµ c¸c th«ng sè ®Þnh møc cña h¬i øng víi thµnh phÇn nhiªn liÖu vµ nhiÖt ®é n−íc cÊp cho tr−íc. Trong nhiÖm vô tÝnh to¸n ph¶i cho biÕt s¶n l−îng h¬i ®Þnh møc cña lß, c¸c th«ng sè cña h¬i ë chç ra khái bé qu¸ nhiÖt, nhiÖt ®é n−íc cÊp vµ ®Æc tÝnh cña nhiªn liÖu. KiÓu lß, ph−¬ng ph¸p ®èt nhiªn liÖu, kiÓu buång löa, nhiÖt ®é khãi Ver. 1.0 79
  15. tho¸t vµ nhiÖt ®é kh«ng khÝ nãng hoÆc cho tr−íc trong nhiÖm vô thiÕt kÕ hoÆc chän tïy thuéc vµo c¸c th«ng sè h¬i, s¶n l−îng h¬i cña lß vµ ®Æc tÝnh cña nhiªn liÖu. NÕu lß h¬i cã bé qu¸ nhiÖt trung gian th× trong nhiÖm vô thiÕt kÕ cÇn cho biÕt l−u l−îng vµ th«ng sè cña h¬i qu¸ nhiÖt trung gian ë chç vµo vµ ra khái bé qu¸ nhiÖt trung gian. ViÖc tÝnh nhiÖt kiÓm tra ®−îc tiÕn hµnh cho lß h¬i ®· cã s½n, nh− vËy lµ ®· biÕt kiÓu lß h¬i vµ buång löa, ®Æc tÝnh h×nh häc cña c¸c bÒ mÆt truyÒn nhiÖt kh¸c cña lß. Môc ®Ých tÝnh ë ®©y lµ x¸c ®Þnh ®é kinh tÕ cña lß vµ ®¸nh gi¸ møc ®é lµm viÖc tin cËy cña lß ®èi víi nhiªn liÖu ®· cho, ph¸t hiÖn c¸c ®Æc tÝnh nhiÖt cña lß ë nh÷ng phô t¶i kh¸c nhau vµ kh¶ n¨ng ®iÒu chØnh (sù lµm viÖc cña lß h¬i). ViÖc tÝnh to¸n cã thÓ thùc hiÖn ë phô t¶i ®Þnh møc vµ ë phô t¶i kh¸c ®Þnh møc. TÝnh kiÓm tra còng ®−îc tiÕn hµnh sau khi c¶i tiÕn buång löa hoÆc c¸c bÒ mÆt truyÒn nhiÖt kh¸c nh»m n©ng cao s¶n l−îng vµ tÝnh kinh tÕ cña thiÕt bÞ lß h¬i. TÝnh kiÓm tra ®−îc thùc hiÖn khi thay ®æi nhiÖt ®é n−íc cÊp, nhiÖt ®é h¬i qu¸ nhiÖt, nhiªn liÖu ®èt cã tÝnh chÊt kh¸c so víi nhiªn liÖu dïng khi thiÕt kÕ. C¸c ®¹i l−îng cÇn ph¶i t×m khi tÝnh kiÓm tra lµ nhiÖt ®é khãi ë cuèi buång löa θ '' bl vµ trªn däc ®−êng khãi ®i vµ x¸c ®Þnh nhiÖt ®é vµ tèc ®é khãi, n−íc, h¬i, kh«ng khÝ ë tõng phÇn tö cña lß h¬i. Sau khi tÝnh nhiÖt cña lß h¬i cã thÓ trªn c¬ së c¸c sè liÖu nhËn ®−îc ®Ó tiÕn hµnh tÝnh khÝ ®éng, thñy ®éng, søc bÒn vµ chÕ ®é nhiÖt ®é cña c¸c èng, chÕ ®é n−íc vµ chÊt l−îng h¬i, ®éng lùc häc cña thiÕt bÞ lß h¬i vµ toµn bé khèi lß h¬i tuabin. TiÕp sau ®ã tÝnh hÖ thèng chuÈn bÞ nhiªn liÖu vµ c¸c phÇn tö cña lß nh− vßi phun chÝnh, vßi phun phô, 5.4.2 Nh÷ng ph−¬ng tr×nh c¬ b¶n ThiÕt bÞ lß h¬i bao gåm mét sè l−îng lín c¸c bÒ mÆt truyÒn nhiÖt ®Æt nèi tiÕp nhau däc ®−êng khãi ®i. Sù lµm viÖc cña tõng bÒ mÆt truyÒn nhiÖt vµ cña toµn bé lß h¬i ®−îc m« t¶ b»ng mét hÖ c¸c ph−¬ng tr×nh: C©n b»ng vËt chÊt, c©n b»ng n¨ng l−îng, trao ®æi nhiÖt vµ trao ®æi chÊt, tr¹ng th¸i vµ chuyÓn ®éng. 1. Ph−¬ng tr×nh c©n b»ng vËt chÊt Ph−¬ng tr×nh c©n b»ng vËt chÊt ®−îc viÕt c¶ cho chÊt t¶i nhiÖt vµ cho khãi. §èi víi chÊt t¶i nhiÖt ta cã: D h = D ncÊp + D x¶ , kg/s (5-56) §èi víi khãi ta cã: Vk = Vk0 + ( α − 1) Vkk , 0 (5-57) 2. Ph−¬ng tr×nh c©n b»ng n¨ng l−îng a. Ph−¬ng tr×nh liªn hÖ gi÷a l−îng nhiÖt sinh ra vµ l−îng nhiÖt sö dông trong thiÕt bÞ lß h¬i: BQ lv ηlß = D ( i qn − i nc ) + D trg ( i trg − i trg ) + D x¶ ( i' − i nc ) , (5-58) t r v 6 víi ηlß = 1 − ∑ q i , % i=2 Ver. 1.0 80
  16. b. Ph−¬ng tr×nh biÓu diÔn sù c©n b»ng gi÷a l−îng nhiÖt nhËn ®−îc tõ s¶n phÈm ch¸y céng víi l−îng lät kh«ng khÝ l¹nh vµ nhiÖt l−îng truyÒn cho m«i chÊt vµ to¶ vµo m«i tr−êng xung quanh: ϕ ⎡ Btt ( I'' − I' ) + ∆Q lät ⎤ = D∆i , ⎣ ⎦ (5-59) 3. Ph−¬ng tr×nh tr¹ng th¸i Khãi lµ mét hçn hîp nhiÒu chÊt khÝ kh¸c nhau. Quan hÖ gi÷a thÓ tÝch khãi vµ nhiÖt ®é ®−îc thÓ hiÖn qua ph−¬ng tr×nh tr¹ng th¸i cña khÝ lý t−ëng. NhiÖt dung riªng cña tõng chÊt khÝ thµnh phÇn trong khãi phô thuéc vµo nhiÖt ®é vµ cho trong c¸c b¶ng. Sù liªn hÖ gi÷a c¸c th«ng sè cña chÊt t¶i nhiÖt (ph−¬ng tr×nh tr¹ng th¸i) ®−îc cho d−íi d¹ng b¶ng (b¶ng c¸c tÝnh chÊt vËt lý nhiÖt cña n−íc vµ lß h¬i). 4. Ph−¬ng tr×nh trao ®æi nhiÖt §−îc viÕt riªng cho tõng bÒ mÆt truyÒn nhiÖt. Khi tÝnh to¸n ta gi¶i ph−¬ng tr×nh nµy cïng víi c¸c ph−¬ng tr×nh c©n b»ng vËt chÊt vµ c©n b»ng n¨ng l−îng viÕt cho tõng bÒ mÆt truyÒn nhiÖt. Ph−¬ng tr×nh c©n b»ng vËt chÊt cña bÒ mÆt truyÒn nhiÖt diÔn t¶ sù kh«ng thay ®æi l−u l−îng cña chÊt t¶i nhiÖt vµ cña khãi theo thêi gian. §èi víi chÊt t¶i nhiÖt th× ®iÒu ®ã cã nghÜa lµ cã thÓ cã sù thay ®æi l−u l−îng chÊt t¶i ë ®Çu hay cuèi bÒ mÆt truyÒn nhiÖt, cßn trong ph¹m vi bÒ mÆt truyÒn nhiÖt l−u l−îng kh«ng thay ®æi D = const (5-60a) §èi víi ®−êng khãi ta coi r»ng cã lät kh«ng khÝ l¹nh ë ®Çu vµ cuèi bÒ mÆt truyÒn nhiÖt, b¶n th©n bÒ mÆt truyÒn nhiÖt lµm viÖc víi l−îng lät kh«ng ®æi vµ ®−îc tÝnh b»ng gi¸ trÞ trung b×nh sè häc: BVk = const (5-60b) §èi víi bÒ mÆt truyÒn nhiÖt ®èi l−u vµ nöa bøc x¹ ph−¬ng tr×nh trao ®æi nhiÖt cã d¹ng D∆i = kH∆t , (5-60c) trong ®ã ∆t lµ ®é chªnh lÖch nhiÖt ®é trung b×nh logarit. HÖ c¸c ph−¬ng tr×nh (5-60a) - (5-60c) ®−îc viÕt cho tõng bÒ mÆt truyÒn nhiÖt. 5.4.3. Thø tù tÝnh to¸n 1. Thø tù tÝnh nhiÖt thiÕt kÕ lß h¬i cã bao h¬i (cã tuÇn hoµn tù nhiªn) Ph¸c th¶o kiÓu d¸ng lß h¬i; - TÝnh to¸n thÓ tÝch kh«ng khÝ lý thuyÕt cÇn thiÕt vµ thÓ tÝch s¶n phÈm ch¸y. X¸c ®Þnh thÓ tÝch thùc cña kh«ng khÝ vµ s¶n phÈm ch¸y (khãi); - X¸c ®Þnh entanpi cña s¶n phÈm ch¸y vµ cña kh«ng khÝ; - TiÕn hµnh c©n b»ng nhiÖt cña lß h¬i, x¸c ®Þnh c¸c tæn thÊt nhiÖt q2 , q3 , q4 , q5 , q6 , tÝnh hiÖu suÊt cña lß h¬i, tÝnh l−îng nhiªn liÖu tiªu hao thùc tÕ vµ l−îng nhiªn liÖu tiªu hao tÝnh to¸n; - ThiÕt kÕ buång löa: Chän tiÕt diÖn buång löa dùa vµo nhiÖt thÕ diÖn tÝch tiÕt diÖn ngang cña buång löa qf (kW/m2), chän s¬ bé nhiÖt ®é khãi ra khái buång löa Ver. 1.0 81
  17. θ '' bl , sau ®ã x¸c ®Þnh diÖn tÝch toµn bé c¸c t−êng cña buång löa Fv (m2), diÖn tÝch bÒ mÆt hÊp thu nhiÖt b»ng bøc x¹ cña c¸c dµn èng sinh h¬i ®Æt trong buång löa. ViÖc tÝnh to¸n nhiÖt buång löa ®−îc kÕt thóc b»ng viÖc kiÓm tra sù phï hîp cña nhiÖt thÕ thÓ tÝch cña buång löa qv (kW/m3), gi¸ trÞ cña nã kh«ng ®−îc v−ît gi¸ trÞ giíi h¹n cho trong c¸c b¶ng; - TÝnh nhiÖt pheston hoÆc bé qu¸ nhiÖt kiÓu b¨ng èng ®Æt ë cöa ra buång löa; - Ph©n phèi nhiÖt l−îng cho c¸c bÒ mÆt truyÒn nhiÖt ®Æt sau buång löa; - ThiÕt kÕ bé qu¸ nhiÖt ®èi l−u; - ThiÕt kÕ bé h©m n−íc; - ThiÕt kÕ bé sÊy kh«ng khÝ. 2. Thø tù tÝnh nhiÖt kiÓm tra lß h¬i ViÖc tÝnh nhiÖt kiÓm tra lß h¬i ®−îc thùc hiÖn b»ng ph−¬ng ph¸p gÇn ®óng liªn tiÕp. Lóc ®Çu cho s¬ bé nhiÖt ®é khãi th¶i ra khái lß h¬i θ th¶i , trªn c¬ së ®ã thùc hiÖn tÝnh nhiÖt cña lß h¬i vµ tÝnh to¸n chÝnh x¸c gi¸ trÞ cña θ th¶i . TiÕp ®ã x¸c ®Þnh hiÖu suÊt cña lß h¬i ηlß vµ tÝnh c¸c l−îng nhiªn liÖu tiªu hao B , Btt . Sau khi chän s¬ bé gi¸ trÞ cña nhiÖt ®é kh«ng khÝ nãng tKKN cã thÓ tÝnh nhiÖt cña buång löa vµ c¸c bÒ mÆt truyÒn nhiÖt kh¸c. NhiÖm vô cña viÖc tÝnh buång löa lµ x¸c ®Þnh nhiÖt ®é thùc cña khãi ë cöa ra buång löa θ '' bl . Tr−íc hÕt cho s¬ bé mét gi¸ trÞ cña θ '' bl vµ sÏ lµm chÝnh x¸c sau ®ã theo c«ng thøc: Ta θ ''bl = 0,6 − 273 , oC (5-61) ⎛ a bl ⎞ 1+ M ⎜ ⎟ ⎝ Bo ⎠ Khi cã sù sai kh¸c lín (trªn 100 oC) ph¶i chän gi¸ trÞ kh¸c cña θ ''bl vµ tÝnh l¹i. ViÖc tÝnh c¸c bÒ mÆt truyÒn nhiÖt ®èi l−u ®Æt sau buång löa còng theo ph−¬ng ph¸p gÇn ®óng liªn tiÕp. TÝnh QCB vÒ phÝa khãi hay vÒ phÝa m«i chÊt sau ®ã so s¸nh QCB víi QTN . ë pheston sai kh¸c gi÷a QCB vµ QTN cho phÐp ®Õn 5%, ®èi víi c¸c bÒ mÆt truyÒn nhiÖt ®èi l−u kh¸c cho phÐp sai kh¸c gi÷a QCB vµ QTN lµ 2%. ViÖc tÝnh to¸n ®−îc coi lµ kÕt thóc nÕu gi¸ trÞ cña nhiÖt ®é khãi th¶i θ th¶i chän s¬ bé vµ gi¸ trÞ tÝnh to¸n sai kh¸c nhau b»ng hoÆc nhá h¬n ±10 oC vµ nhiÖt ®é kh«ng khÝ nãng chän vµ tÝnh sai kh¸c nhau nhá h¬n hay b»ng ±40 oC. NÕu kh«ng tháa m·n nh÷ng yªu cÇu trªn ph¶i tÝnh l¹i b»ng viÖc chän gi¸ trÞ míi cña θ th¶i . Ngµy nay cã thÓ øng dông nh÷ng thµnh tùu cña c«ng nghÖ th«ng tin vµo viÖc gi¶i bµi to¸n tÝnh nhiÖt cña lß h¬i. Muèn vËy tr−íc hÕt ph¶i x©y dùng m« h×nh to¸n cña lß h¬i, lËp tr×nh ®Ó gi¶i trªn m¸y tÝnh ®iÖn tö. Thêi gian gi¶i bµi to¸n tÝnh nhiÖt lß h¬i trªn m¸y tÝnh ®iÖn tö kho¶ng d−íi 10 phót. Ver. 1.0 82
Đồng bộ tài khoản